FR3140438A1 - Method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors in a structure using guided elastic wave tomography - Google Patents
Method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors in a structure using guided elastic wave tomography Download PDFInfo
- Publication number
- FR3140438A1 FR3140438A1 FR2210141A FR2210141A FR3140438A1 FR 3140438 A1 FR3140438 A1 FR 3140438A1 FR 2210141 A FR2210141 A FR 2210141A FR 2210141 A FR2210141 A FR 2210141A FR 3140438 A1 FR3140438 A1 FR 3140438A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- sensors
- level optimization
- tomography
- location
- distinct
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 98
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 86
- 238000003325 tomography Methods 0.000 title claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 17
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 18
- 230000036541 health Effects 0.000 description 10
- 238000012549 training Methods 0.000 description 10
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
- G01N29/0654—Imaging
- G01N29/0672—Imaging by acoustic tomography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0258—Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/10—Number of transducers
- G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Algebra (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Procédé d’o ptimisation bi-niveau de la localisation de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées L’invention concerne un procédé d’optimisation bi-niveau de la localisation de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie comprenant une phase d’initialisation/génération d’une base de donnée comprenant N images de référence associées à N défauts, et au moins une itération des étapes suivantes : - pour chaque défaut : - obtention (40) de données via ledit ensemble de capteurs positionnés selon une localisation courante, - résolution (42) et obtention d’une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction dudit défaut considéré ; - détermination (44) d’un critère associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits défauts, - détermination (46) du gradient dudit critère, - déplacement (52) de chaque capteur de la valeur dudit gradient et obtention de sa localisation pour l’itération suivante. Figure pour l'abrégé : Figure 2Method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography. The invention relates to a method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors (s) in a tomography structure comprising an initialization/generation phase of a database comprising N reference images associated with N defects, and at least one iteration of the following steps: - for each defect: - obtaining (40 ) data via said set of sensors positioned according to a current location, - resolution (42) and obtaining a solution of a first low-level optimization problem for reconstructing said fault considered; - determination (44) of a criterion associated with a second high-level optimization problem of the quality of reconstruction of said defects, - determination (46) of the gradient of said criterion, - movement (52) of each sensor of the value of said gradient and obtaining its location for the next iteration. Figure for abstract: Figure 2
Description
La présente invention concerne un procédé d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées.The present invention relates to a method for bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography.
L’invention concerne également un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un tel procédé d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées.The invention also relates to a computer program comprising software instructions which, when executed by a computer, implement such a method of bi-level optimization of the location of a set of fault detection sensors (s) in a structure by guided elastic wave tomography.
L’invention concerne également un dispositif électronique d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées.The invention also relates to an electronic device for bi-level optimization of the location of a set of sensors for detecting fault(s) in a structure by guided elastic wave tomography.
La présente invention concerne le domaine du contrôle de santé de structure ou SHM (de l’anglaisStructural Health Monitoring) visant à détecter et à caractériser, de manière planifiée ou de manière périodique, des dommages (i.e. anomalies) de structures/infrastructures, ainsi que celui du contrôle non destructif (CND) par mesure sur demande. De telles anomalies (i.e. défauts) de structure correspondent à des modifications des propriétés physiques et/ou géométriques de la structure considérée propre à en affecter les performances et/ou la fiabilité.The present invention relates to the field of structural health monitoring or SHM ( Structural Health Monitoring ) aimed at detecting and characterizing, in a planned or periodic manner, damage (ie anomalies) of structures/infrastructure, as well as as that of non-destructive testing (NDT) by measurement on request. Such structural anomalies (ie defects) correspond to modifications in the physical and/or geometric properties of the structure considered likely to affect its performance and/or reliability.
Un tel contrôle de santé de structures, ou un tel contrôle non destructif (CND), sont mis en œuvre par instrumentation desdites structures à contrôler, respectivement à l’aide de capteurs intégrés ou amovibles, par exemple des capteurs piézoélectriques propres à émettre et recevoir des ondes élastiques guidées (OG) ultrasonores, et ce de manière permanente pour contrôler leur état de santé au cours du temps ou à un instant donné.Such a health check of structures, or such a non-destructive test (NDT), are implemented by instrumentation of said structures to be checked, respectively using integrated or removable sensors, for example piezoelectric sensors capable of transmitting and receiving ultrasonic guided elastic waves (OG), and this permanently to monitor their state of health over time or at a given moment.
L'intégration permanente de capteurs sur ou au sein de structures/infrastructures pour surveiller leur état permet notamment de garantir la sécurité des structures porteuses correspondant à des composants mécaniques fin et/ou long, tels que des pâles d’éoliennes, les fuselages ou composants de moteurs d'avion, des tuyaux métalliques ou composite, des câbles de tension, les câbles de suspension de pont, des rails de train, ou toute autre structure à surveiller du secteur « Oil & Gas », nucléaire, aéronautique, etc..The permanent integration of sensors on or within structures/infrastructure to monitor their condition makes it possible in particular to guarantee the safety of supporting structures corresponding to thin and/or long mechanical components, such as wind turbine blades, fuselages or components. aircraft engines, metal or composite pipes, tension cables, bridge suspension cables, train rails, or any other structure to be monitored in the “Oil & Gas”, nuclear, aeronautical sector, etc.
En particulier, les ondes ultrasonores élastiques guidées, émises par de tels capteurs, permettent de détecter les défauts structurels menant à des discontinuités ou à des variations de géométrie, tels que des fissures, des délaminages dans des fuselages composites, de la corrosion menant notamment à une perte d’épaisseur dans des métaux, et/ou l’érosion etc., et ce à un stade précoce et ainsi de les surveiller pendant des décennies.In particular, the guided elastic ultrasonic waves emitted by such sensors make it possible to detect structural defects leading to discontinuities or variations in geometry, such as cracks, delamination in composite fuselages, corrosion leading in particular to loss of thickness in metals, and/or erosion etc., at an early stage and thus monitor them for decades.
Une telle détection est généralement bien maitrisée en laboratoire où les effets extérieurs sont limités, maitrisés et calibrés.Such detection is generally well mastered in the laboratory where external effects are limited, controlled and calibrated.
Le principal challenge associé à un tel diagnostic de structure, est, en conditions réelles, lié d’une part à la présence d'incertitudes épistémiques sur la structure ou l’instrumentation telles que les positions des capteurs, les propriétés des capteurs, les propriétés élastiques ou géométriques de la structure, et d’autre part lié à la présence d'effets externes d'influence non supervisés (i.e. inconnus) évoluant avec des dynamiques temporelles distinctes.The main challenge associated with such a structural diagnosis is, in real conditions, linked on the one hand to the presence of epistemic uncertainties on the structure or instrumentation such as the positions of the sensors, the properties of the sensors, the properties elastic or geometric of the structure, and on the other hand linked to the presence of unsupervised external influence effects (i.e. unknown) evolving with distinct temporal dynamics.
A titre d’alternative aux approches classiques par état de référence, c’est-à-dire une mesure de référence en l’absence de défaut puis en comparant l’état courant à l’état de référence, notamment par soustraction, corrélation, etc. tout en supposant que la seule différence entre états de référence et courant ne peut être attribuée qu’à la présence d’un défaut, mais que tous les autres paramètres d’utilisation, hormis au mieux un seul paramètre d’effet rapide tel que la température, sont égaux entre ces deux états de référence et courant, des procédés de reconstruction par imagerie, notamment de type tomographie par ondes élastiques guidées (OG) permettent actuellement de reconstruire, via un algorithme d’inversion itératif, à partir des résultats fournis par lesdits capteurs, une cartographie de l’épaisseur de la structure et donc d’imager de potentiels endommagements/défauts.As an alternative to traditional approaches by reference state, that is to say a reference measurement in the absence of a fault then by comparing the current state to the reference state, in particular by subtraction, correlation, etc. while assuming that the only difference between reference and current states can only be attributed to the presence of a fault, but that all other usage parameters, apart from at best a single rapid effect parameter such as the temperature, are equal between these two reference and current states, imaging reconstruction processes, in particular of the guided elastic wave tomography (OG) type, currently make it possible to reconstruct, via an iterative inversion algorithm, from the results provided by said sensors, map the thickness of the structure and therefore image potential damage/defects.
La tomographie par ondes élastiques guidées (OG) repose notamment sur des modèles de propagation d’onde, par exemple, la tomographie par rayonnement, la tomographie en temps de vol, telle notamment décrite par J. C. P McKeon et M. K. Hinders dans l’article intitulé «Parallel projection and crosshole Lamb contact scanning tomography» de 1999 et la tomographie par diffraction, telle notamment décrite par F. Simonetti et H. Huang dans l’article intitulé «From beamforming to diffraction tomography» de 2008.Tomography by guided elastic waves (OG) is based in particular on wave propagation models, for example, radiation tomography, time-of-flight tomography, as described in particular by JC P McKeon and MK Hinders in the article entitled “ Parallel projection and crosshole Lamb contact scanning tomography ” from 1999 and diffraction tomography, as described in particular by F. Simonetti and H. Huang in the article entitled “ From beamforming to diffraction tomography ” from 2008.
De plus, grâce à des méthodes d’autocalibration notamment décrites par T. Druet dans l’article intitulé «Autocalibration method for guided wave tomography with undersampled data» de 2019, la tomographie a le potentiel d’être plus robuste que les approches par état de référence puisque la reconstruction des défauts est faite uniquement à partir de l’état courant (i.e. signaux mesurés sur une structure présentant déjà un potentiel défaut).In addition, thanks to autocalibration methods described in particular by T. Druet in the article entitled “ Autocalibration method for guided wave tomography with undersampled data ” from 2019, tomography has the potential to be more robust than state-based approaches. reference since the reconstruction of faults is made only from the current state (ie signals measured on a structure already presenting a potential fault).
Cependant, en tomographie, des critères théoriques sont utilisés pour déterminer le nombre de capteurs nécessaires en théorie pour atteindre une reconstruction de défaut optimale, nombre qui est le plus souvent très important et supérieur à celui requis par les approches classiques par état de référence, et par conséquent prohibitif pour beaucoup d’application SHM notamment en termes de coût, de masse ajoutée et/ou de complexité d’intégration.However, in tomography, theoretical criteria are used to determine the number of sensors necessary in theory to achieve an optimal defect reconstruction, a number which is most often very large and greater than that required by conventional reference state approaches, and therefore prohibitive for many SHM applications, particularly in terms of cost, added mass and/or integration complexity.
En effet, à titre d’exemple non limitatif, en environnement de laboratoire et pour contrôler une zone de l’ordre du m², les approches classiques par état de référence demandent de l’ordre de dix capteurs, tandis que les méthodes de tomographie demandent de l’ordre de cent capteurs (pour atteindre la résolution et précision maximale permise par la méthode de tomographie.Indeed, as a non-limiting example, in a laboratory environment and to control an area of the order of m², classic approaches by reference state require around ten sensors, while tomography methods require of the order of a hundred sensors (to achieve the maximum resolution and precision allowed by the tomography method.
Ainsi, le principal écueil de la tomographie par ondes élastiques guidées (OG) est le nombre de capteurs requis et la résolution théorique maximale, en considérant par exemple qu’une résolution spatiale d’une demi longueur d’onde serait atteinte avec cent-vingt capteurs (autrement dit en considérant une distance inter-capteur inférieure ou égale à une demi longueur d’onde, le nombre de capteurs minimal est égal au périmètre de la zone à inspecter divisé par ladite distance inter-capteurs).Thus, the main pitfall of tomography by guided elastic waves (OG) is the number of sensors required and the maximum theoretical resolution, considering for example that a spatial resolution of half a wavelength would be achieved with one hundred and twenty sensors (in other words, considering an inter-sensor distance less than or equal to half a wavelength, the minimum number of sensors is equal to the perimeter of the area to be inspected divided by said inter-sensor distance).
En pratique, pour utiliser la tomographie par ondes élastiques guidées (OG), le nombre de capteurs utilisé est bien souvent volontairement diminué pour respecter les contraintes de coût, masse ajoutée et/ou complexité du système SHM énoncées précédemment, mais cela mène évidemment en contrepartie à des reconstructions dégradées des défauts.In practice, to use tomography by guided elastic waves (OG), the number of sensors used is often voluntarily reduced to respect the constraints of cost, added mass and/or complexity of the SHM system stated previously, but this obviously leads in return to degraded reconstructions of defects.
Pour y remédier, des méthodes de tomographie couplées à une acquisition comprimée (CS de l’anglaisCompressed Sensing) ont été développées tel que notamment décrit par M. Chang et al. dans l’article intitulé «Corrosion monitoring using a new compressed sensing-based tomographic method» de 2020, et sont basées sur la mise en œuvre d’un traitement du signal (i.e. traitement de données) propre à reconstruire des données échantillonnées sous la fréquence de Nyquist (i.e. respectant le critère de S, ce qui revient spécifiquement en SHM à reconstruire une image par tomographie en utilisant un nombre réduit et limité de capteurs piézoélectriques propres à émettre et recevoir des ondes élastiques guidées (OG), tout en gardant des qualités de reconstructions des défauts maximales.To remedy this, tomography methods coupled with compressed acquisition (CS) have been developed as described in particular by M. Chang et al. in the article entitled “ Corrosion monitoring using a new compressed sensing-based tomographic method ” from 2020, and are based on the implementation of signal processing (ie data processing) specific to reconstructing data sampled under the frequency of Nyquist (ie respecting the criterion of S, which specifically amounts in SHM to reconstructing an image by tomography using a reduced and limited number of piezoelectric sensors capable of emitting and receiving guided elastic waves (OG), while retaining qualities maximum fault reconstructions.
Toutefois, ces derniers développements présentent généralement une résolution encore inférieure à celle associée à la tomographie par diffraction.However, these latest developments generally feature even lower resolution than that associated with diffraction tomography.
De plus, en acquisition comprimée (CS de l’anglaisCompressed Sensing), il est connu qu’un processus de mesure aléatoire/incohérent est plus favorable à la reconstruction qu’un échantillonnage régulier.Furthermore, in compressed acquisition (CS) it is known that a random/inconsistent measurement process is more favorable to reconstruction than regular sampling.
Le but de cette invention est donc de proposer un procédé et un dispositif propres à fournir un diagnostic précoce et fiable de défaut structurel en conditions réelles d’utilisation, en s’affranchissant d’une état de référence (i.e. de manière absolue), tout en étant robuste et en fournissant une imagerie de défauts la plus fidèle possible, et ce, en limitant le nombre de capteurs nécessaires à maintenir une qualité de reconstruction maximale, notamment dans un contexte de tomographie par diffraction.The aim of this invention is therefore to propose a method and a device capable of providing an early and reliable diagnosis of structural defect in real conditions of use, freeing itself from a reference state (i.e. absolutely), while by being robust and providing the most faithful imaging of defects possible, while limiting the number of sensors necessary to maintain maximum reconstruction quality, particularly in the context of diffraction tomography.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées, les capteurs dudit ensemble étant disposés sur ladite structure,To this end, the subject of the invention is a method for bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography, the sensors of said set being arranged on said structure,
ledit procédé comprenant une optimisation bi-niveau, ladite optimisation bi-niveau comprenant :said method comprising a bi-level optimization, said bi-level optimization comprising:
- une phase d’initialisation d’une configuration de détection de référence, et de génération d’une base de donnée comprenant respectivement un nombre prédéterminé N d’images de référence distinctes de cartographies de l’épaisseur de ladite structure présentant respectivement N défauts distincts d’une image à l’autre, et- a phase of initialization of a reference detection configuration, and generation of a database respectively comprising a predetermined number N of distinct reference images of maps of the thickness of said structure respectively presenting N distinct defects from one image to another, and
jusqu’à convergence selon un critère d’arrêt prédéterminé, au moins une itération des étapes successives suivantes :until convergence according to a predetermined stopping criterion, at least one iteration of the following successive steps:
- pour une localisation courante dudit ensemble de capteurs associée à ladite itération, et pour chacun desdits N défauts distincts, obtention de données propres à être mesurées par ledit ensemble de capteurs positionnés selon ladite localisation,- for a current location of said set of sensors associated with said iteration, and for each of said N distinct faults, obtaining data suitable for being measured by said set of sensors positioned according to said location,
- à partir desdites données, et pour chacun desdits N défauts distincts, résolution et obtention d’une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction par tomographie dudit défaut considéré, ladite solution correspondant à l’image reconstruite de la cartographie de l’épaisseur de ladite structure présentant ledit défaut considéré;- from said data, and for each of said N distinct defects, resolution and obtaining a solution of a first low-level optimization problem of reconstruction by tomography of said defect considered, said solution corresponding to the reconstructed image of the mapping of the thickness of said structure presenting said defect considered;
- à partir desdites N images reconstruites associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts et à partir des N images de référence de la base de donnée associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts, détermination d’un critère prédéterminé associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits N défauts distincts,- from said N reconstructed images associated respectively with each of said N distinct defects and from the N reference images of the database associated respectively with each of said N distinct defects, determination of a predetermined criterion associated with a second problem of high-level optimization of the reconstruction quality of said N distinct defects,
- détermination du gradient dudit critère prédéterminé associé au deuxième problème d’optimisation,- determination of the gradient of said predetermined criterion associated with the second optimization problem,
- déplacement de chaque capteur de la valeur dudit gradient dudit critère associée à chaque capteur et obtention de la localisation de chaque capteur à utiliser lors de l’itération suivante.- displacement of each sensor of the value of said gradient of said criterion associated with each sensor and obtaining the location of each sensor to be used during the following iteration.
Ce procédé vise ainsi à apprendre au moyen d’une optimisation bi-niveau le placement de l’ensemble de capteurs qui permet de reconstruire au mieux les N défauts correctement caractérisés au préalable au sein de la base de données.This process thus aims to learn, by means of a bi-level optimization, the placement of the set of sensors which makes it possible to best reconstruct the N defects correctly characterized beforehand within the database.
Autrement dit, lors de la génération de la base de données la cartographie de l’épaisseur de la structure à inspecter est rigoureusement obtenue pour chacun des N défauts, par simulation précise de chaque défaut, et le procédé selon la présente invention vise à apprendre au fur et à mesure des itérations le meilleur compromis de positionnement de l’ensemble des capteurs qui permet d’obtenir, pour l’ensemble des N défauts distincts, l’ensemble des N images reconstruites par tomographie approximant au mieux les N images de référence de la base de donnée respectivement associées à chaque défaut distincts.In other words, during the generation of the database the mapping of the thickness of the structure to be inspected is rigorously obtained for each of the N defects, by precise simulation of each defect, and the method according to the present invention aims to learn at as the iterations progress, the best positioning compromise for all of the sensors which makes it possible to obtain, for all of the N distinct defects, all of the N images reconstructed by tomography best approximating the N reference images of the database respectively associated with each distinct fault.
En d’autres termes, le procédé selon la présente invention revient à considérer la position (i.e. la localisation) de l’ensemble des capteurs comme un paramètre de l’optimisation bi-niveau.In other words, the method according to the present invention amounts to considering the position (i.e. the location) of all the sensors as a parameter of the bi-level optimization.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to other advantageous aspects of the invention, the method of bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography comprises one or more of the characteristics following, taken individually or in all technically possible combinations:
- l’initialisation de la configuration de détection de référence comprend la définition des éléments appartenant au groupe comprenant au moins les éléments suivants :- the initialization of the reference detection configuration includes the definition of the elements belonging to the group comprising at least the following elements:
- la taille de zone de la structure à inspecter au moyen de ladite détection ;- the size of the area of the structure to be inspected by means of said detection;
- la longueur d’onde d’intérêt ;- the wavelength of interest;
- le nombre de capteurs théoriquement nécessaires à ladite détection ;- the number of sensors theoretically necessary for said detection;
- le nombre de capteurs utilisés en pratique ;- the number of sensors used in practice;
- le positionnement initial desdits capteurs ;- the initial positioning of said sensors;
- ledit positionnement initial desdits capteurs correspond à une disposition circulaire régulière desdits capteurs ;- said initial positioning of said sensors corresponds to a regular circular arrangement of said sensors;
- ladite phase d’initialisation comprend en outre l’obtention d’une asymétrie dudit positionnement initial par application d’un déplacement de valeur prédéterminée selon une direction aléatoire de chacun desdits capteurs ;- said initialization phase further comprises obtaining an asymmetry of said initial positioning by applying a displacement of predetermined value in a random direction of each of said sensors;
- la détermination du gradient dudit critère comprend :- the determination of the gradient of said criterion includes:
pour chacun desdits N défauts distincts :for each of said N distinct defects:
- la détermination, d’un double gradient dudit premier problème d’optimisation bas-niveau, par différenciation du gradient dudit premier problème d’optimisation bas-niveau en fonction de ses paramètres ;- determining a double gradient of said first low-level optimization problem, by differentiating the gradient of said first low-level optimization problem as a function of its parameters;
- la détermination d’une matrice hessienne associée en fonction des données respectivement issues de ladite base de donnée, ladite matrice hessienne étant inversible,- determining an associated Hessian matrix as a function of the data respectively from said database, said Hessian matrix being invertible,
- à partir de ladite matrice hessienne, la détermination d’une matrice jacobienne selon une relation d’obtention prédéterminée ; et- from said Hessian matrix, the determination of a Jacobian matrix according to a predetermined obtaining relation; And
- à partir de l’ensemble des matrices jacobiennes respectivement associées à chacun desdits N défauts distincts, détermination du gradient dudit critère.- from the set of Jacobian matrices respectively associated with each of said N distinct defects, determination of the gradient of said criterion.
- ledit critère d’arrêt prédéterminé correspond à :- said predetermined stopping criterion corresponds to:
- une norme euclidienne du gradient du problème de haut niveau inférieure à un seuil prédéterminé ; ou- a Euclidean norm of the gradient of the high-level problem lower than a predetermined threshold; Or
- l’atteinte d’un nombre maximal d’itérations prédéterminé.- reaching a predetermined maximum number of iterations.
- ledit seuil prédéterminé correspond à une fraction prédéterminée de la longueur d’onde d’intérêt initialisée lors de la phase d’initialisation de ladite configuration de détection de référence ;- said predetermined threshold corresponds to a predetermined fraction of the wavelength of interest initialized during the initialization phase of said reference detection configuration;
- ladite base de donnée est reconfigurable en fonction d’une information sur un type de défaut a priori à détecter.- said database can be reconfigured according to information on a type of fault a priori to be detected.
L’invention a également pour objet un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un tel procédé d’optimisation par apprentissage de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes guidées tel que défini ci-dessus.The invention also relates to a computer program comprising software instructions which, when executed by a computer, implement such an optimization method by learning the location of a set of defect detection sensors(s) in a structure by guided wave tomography as defined above.
L’invention a également pour objet un dispositif d’optimisation par apprentissage de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes guidées les capteurs dudit ensemble étant disposés sur ladite structure, ledit dispositif comprenant une unité d’optimisation bi-niveau, ladite unité d’optimisation bi-niveau comprenant :The invention also relates to an optimization device by learning the location of a set of sensors for detecting fault(s) in a structure by guided wave tomography, the sensors of said set being arranged on said structure, said device comprising a bi-level optimization unit, said bi-level optimization unit level including:
- un module d’initialisation configuré pour initialiser une configuration de détection de référence, et configuré pour générer une base de donnée comprenant respectivement un nombre prédéterminé N d’images de référence distinctes de cartographies de l’épaisseur de ladite structure présentant respectivement N défauts distincts d’une image à l’autre, et- an initialization module configured to initialize a reference detection configuration, and configured to generate a database comprising respectively a predetermined number N of distinct reference images of maps of the thickness of said structure respectively presenting N distinct defects from one image to another, and
mis en œuvre itérativement ; jusqu’à convergence selon un critère d’arrêt prédéterminé, les éléments suivants :implemented iteratively; until convergence according to a predetermined stopping criterion, the following elements:
- un module d’obtention configuré, pour une localisation courante dudit ensemble de capteurs associée à ladite itération, et pour chacun desdits N défauts distincts, obtenir des données propres à être mesurées par ledit ensemble de capteurs positionnés selon ladite localisation,- an obtaining module configured, for a current location of said set of sensors associated with said iteration, and for each of said N distinct defects, obtaining data suitable for being measured by said set of sensors positioned according to said location,
- un module de résolution configuré pour résoudre et obtenir, à partir desdites données, et pour chacun desdits N défauts distincts, une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction par tomographie dudit défaut considéré, ladite solution correspondant à l’image reconstruite de la cartographie de l’épaisseur de ladite structure présentant ledit défaut considéré;- a resolution module configured to resolve and obtain, from said data, and for each of said N distinct defects, a solution of a first low-level optimization problem of reconstruction by tomography of said defect considered, said solution corresponding to the reconstructed image of the thickness mapping of said structure presenting said defect considered;
- un premier module de détermination configuré pour déterminer, à partir desdites N images reconstruites associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts et à partir des N images de référence de la base de donnée associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts, un critère prédéterminé associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits N défauts distincts,- a first determination module configured to determine, from said N reconstructed images associated respectively with each of said N distinct defects and from the N reference images from the database associated respectively with each of said N distinct defects, an associated predetermined criterion to a second high-level optimization problem of the reconstruction quality of said N distinct defects,
- un deuxième module de détermination configuré pour déterminer le gradient dudit critère,- a second determination module configured to determine the gradient of said criterion,
- un module de déplacement configuré pour déplacer chaque capteur de la valeur dudit gradient dudit critère associée à chaque capteur et pour obtenir la localisation de chaque capteur à utiliser lors de l’itération suivante.- a movement module configured to move each sensor by the value of said gradient of said criterion associated with each sensor and to obtain the location of each sensor to be used during the following iteration.
L’invention a également pour objet un système de détection d’anomalie(s) dans une structure par tomographie à ondes guidées au moyen d’un ensemble de capteurs, les capteurs dudit ensemble étant disposés sur ladite structure, ledit système étant comprenant :The invention also relates to a system for detecting anomaly(s) in a structure by guided wave tomography by means of a set of sensors, the sensors of said set being arranged on said structure, said system being comprising:
- ledit ensemble de capteurs ;- said set of sensors;
- un dispositif électronique d’optimisation du placement dudit ensemble de capteurs tel que décrit précédemment ;- an electronic device for optimizing the placement of said set of sensors as described previously;
- un module de détection d’anomalies par tomographie à ondes guidées configuré pour utiliser les mesures dudit ensemble de capteurs afin de fournir une tomographie de ladite structure.- a guided wave tomography anomaly detection module configured to use the measurements of said set of sensors in order to provide a tomography of said structure.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le système de détection d’anomalie(s) dans une structure par tomographie à ondes guidées au moyen d’un ensemble de capteurs comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to other advantageous aspects of the invention, the system for detecting anomaly(s) in a structure by guided wave tomography by means of a set of sensors comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or according to all technically possible combinations:
- les capteurs dudit ensemble sont selon l’un des types appartenant au groupe comprenant au moins :- the sensors of said assembly are according to one of the types belonging to the group comprising at least:
- les capteurs piézoélectriques ;- piezoelectric sensors;
- les capteurs EMAT ;- EMAT sensors;
- les capteurs FBG ;- FBG sensors;
- les capteurs PVDF ;- PVDF sensors;
- le système est propre à fonctionner en :- the system is capable of operating in:
- mode actif selon lequel les capteurs génèrent et mesurent les ondes guidées, ou en- active mode in which the sensors generate and measure the guided waves, or in
- mode passif selon lequel les capteurs sont configurés pour mesurer les ondes guidées présentes dans la structures naturellement durant son exploitation, les signaux mesurés par lesdits capteurs en mode passif étant propres à être utilisés pour déterminer une fonction représentative de la réponse impulsionnelle de ladite structure ;- passive mode according to which the sensors are configured to measure the guided waves present in the structure naturally during its operation, the signals measured by said sensors in passive mode being suitable for being used to determine a function representative of the impulse response of said structure;
- le module de détection d’anomalies par tomographie à ondes guidées configuré pour utiliser les mesures dudit ensemble de capteurs afin de fournir une tomographie de ladite structure comprend un solveur permettant la résolution d’un problème de minimisation sous la forme :- the guided wave tomography anomaly detection module configured to use the measurements of said set of sensors in order to provide a tomography of said structure comprises a solver allowing the resolution of a minimization problem in the form:
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :These characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the description which follows, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings, in which:
-
-
-
-
-
Dans la suite de la description, l’expression « sensiblement égal à » s’entend comme une relation d’égalité à plus ou moins 10%, c’est-à-dire avec une variation d’au plus 10%, de préférence encore comme une relation d’égalité à plus ou moins 5%, c’est-à-dire avec une variation d’au plus 5%.In the remainder of the description, the expression "substantially equal to" is understood as a relation of equality to plus or minus 10%, that is to say with a variation of at most 10%, preferably again as a relationship of equality at plus or minus 5%, that is to say with a variation of at most 5%.
La
Il est à noter que lesdits capteurs sont propres à fonctionner en « mode actif » selon lequel les capteurs génèrent et mesurent les ondes guidées (e.g. ultrasonores), ou en « mode passif » selon lequel les capteurs se contentent de mesurer les ondes guidées (e.g. ultrasonores) présentes dans la structures naturellement durant son exploitation.It should be noted that said sensors are able to operate in “active mode” according to which the sensors generate and measure the guided waves (e.g. ultrasonic), or in “passive mode” according to which the sensors simply measure the guided waves (e.g. ultrasound) present in the structure naturally during its operation.
Les méthodes passives (corrélation de bruit, filtre inverse passif ou encore corrélation de coda de corrélation) permettent de reconstruire les mêmes signaux (ou pratiquement les mêmes selon le respect ou non de certaines hypothèses) que ceux que l’on mesure en mode actif mais de manière totalement passive.Passive methods (noise correlation, passive inverse filter or even correlation coda correlation) make it possible to reconstruct the same signals (or practically the same depending on whether certain assumptions are respected) as those measured in active mode but in a completely passive manner.
Plus précisément, il n’y a pas d’émission d’ondes par les capteurs en mode passif. Les capteurs ne font que de mesurer le bruit ambiant, sur un temps suffisamment long, naturellement présent dans la structure inspectée durant son exploitation. Le bruit ambiant est une somme d’ondes guidées de différentes intensités et se propageant dans différentes directions. Ce bruit ambiant est alors traité par une méthode dite passive (i.e. un traitement passif), dont des exemples sont décrits dans les demandes de brevet FR 3 073 289, FR 3 084 748, FR 3 105 554, permettant de déterminer une fonction représentative de la réponse impulsionnelle de la structure (correspondant sensiblement au signal mesuré en mode actif). De telles reconstructions de signaux sont propres à être utilisées en tant que données d’entrée de tomographie de la même manière qu’en mode actif.More precisely, there is no emission of waves by the sensors in passive mode. The sensors only measure the ambient noise, over a sufficiently long time, naturally present in the structure inspected during its operation. Ambient noise is a sum of guided waves of different intensities and propagating in different directions. This ambient noise is then processed by a so-called passive method (i.e. passive processing), examples of which are described in patent applications FR 3 073 289, FR 3 084 748, FR 3 105 554, making it possible to determine a function representative of the impulse response of the structure (corresponding substantially to the signal measured in active mode). Such signal reconstructions are suitable for use as tomography input data in the same manner as in active mode.
De plus, par capteurs, on entend par la suite des capteurs selon l’un des types de capteurs ou combinaisons de capteurs suivants : des capteurs piézoélectriques, des réseaux de Bragg sur fibre optique, ou FBG (de l’anglaisFiber Bragg Gratings), EMAT (de l’anglaisElectro magneto acoustic transducer), PVDF (Polyvinylidene fluoride), etc.In addition, by sensors, we hereinafter mean sensors according to one of the following types of sensors or combinations of sensors: piezoelectric sensors, Bragg gratings on optical fiber, or FBG (from the English Fiber Bragg Gratings ) , EMAT (from the English Electro magneto acoustic transducer ), PVDF (Polyvinylidene fluoride), etc.
Selon la présente invention, le dispositif 10 comprend une unité d’optimisation bi-niveau (non représentée en tant que telle) comprenant tout d’abord un module d’initialisation 12 configuré pour initialiser une configuration de détection de référence, et configuré pour générer une base de donnée comprenant respectivement un nombre prédéterminé N d’images de référence distinctes de cartographies de l’épaisseur de ladite structure présentant respectivement N défauts distincts d’une image à l’autre.According to the present invention, the device 10 comprises a bi-level optimization unit (not shown as such) comprising first of all an initialization module 12 configured to initialize a reference detection configuration, and configured to generate a database comprising respectively a predetermined number N of distinct reference images mapping the thickness of said structure respectively presenting N distinct defects from one image to another.
Selon une variante optionnelle complémentaire, décrite plus en détail par la suite en relation avec la
- la taille de zone de la structure à inspecter au moyen de ladite détection ;- the size of the area of the structure to be inspected by means of said detection;
- la longueur d’onde d’intérêt
- le nombre de capteurs théoriquement nécessaires à ladite détection ;- the number of sensors theoretically necessary for said detection;
- le nombre de capteurs utilisés en pratique ;- the number of sensors used in practice;
- le positionnement initial desdits capteurs.- the initial positioning of said sensors.
Par ailleurs, selon la présente invention, l’unité d’optimisation bi-niveau du dispositif électronique 10 comprend également un ensemble de modules propres à être mis en œuvre successivement au cours d’une même itération; chaque itération étant répétée jusqu’à convergence selon un critère d’arrêt prédéterminé.Furthermore, according to the present invention, the bi-level optimization unit of the electronic device 10 also comprises a set of modules capable of being implemented successively during the same iteration; each iteration being repeated until convergence according to a predetermined stopping criterion.
Un tel ensemble de modules comprend tout d’abord un module d’obtention 14 configuré pour obtenir, notamment par simulation, pour une localisation courante dudit ensemble de capteurs associée à ladite itération, et pour chacun desdits N défauts distincts, des données propres à être mesurées par ledit ensemble de capteurs positionnés selon ladite localisation.Such a set of modules firstly comprises an obtaining module 14 configured to obtain, in particular by simulation, for a current location of said set of sensors associated with said iteration, and for each of said N distinct defects, data capable of being measured by said set of sensors positioned according to said location.
De plus, selon la présente invention, cet ensemble de modules comprend en outre un module de résolution 16 configuré pour résoudre et obtenir, à partir desdites données fournies par le module d’obtention 14, et pour chacun desdits N défauts distincts, une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction par tomographie dudit défaut considéré, ladite solution correspondant à l’image reconstruite de la cartographie de l’épaisseur de ladite structure présentant ledit défaut considéré.Furthermore, according to the present invention, this set of modules further comprises a resolution module 16 configured to resolve and obtain, from said data provided by the obtaining module 14, and for each of said N distinct defects, a solution of a first low-level optimization problem of reconstruction by tomography of said defect considered, said solution corresponding to the reconstructed image of the thickness mapping of said structure presenting said defect considered.
En outre, selon la présente invention, l’unité d’optimisation bi-niveau du dispositif électronique 10 comprend également un premier module de détermination 18 configuré pour déterminer, à partir desdites N images reconstruites associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts et à partir des N images de référence de la base de donnée associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts, un critère prédéterminé associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits N défauts distincts.Furthermore, according to the present invention, the bi-level optimization unit of the electronic device 10 also comprises a first determination module 18 configured to determine, from said N reconstructed images associated respectively with each of said N distinct defects and from N reference images from the database associated respectively with each of said N distinct defects, a predetermined criterion associated with a second high-level optimization problem of the reconstruction quality of said N distinct defects.
Par ailleurs, selon la présente invention, l’unité d’optimisation bi-niveau du dispositif électronique 10 comprend également un deuxième module de détermination 19 configuré pour déterminer le gradient dudit critère.Furthermore, according to the present invention, the bi-level optimization unit of the electronic device 10 also comprises a second determination module 19 configured to determine the gradient of said criterion.
Enfin, selon la présente invention, l’unité d’optimisation bi-niveau du dispositif électronique 10 comprend également un module de déplacement 20 configuré pour déplacer chaque capteur de la valeur dudit gradient dudit critère associée à chaque capteur et pour obtenir la localisation de chaque capteur à utiliser lors de l’itération suivante.Finally, according to the present invention, the bi-level optimization unit of the electronic device 10 also comprises a displacement module 20 configured to move each sensor by the value of said gradient of said criterion associated with each sensor and to obtain the location of each sensor to use in the next iteration.
Dans l’exemple de la
Dans l’exemple de la
En variante non représentée, le module d’initialisation 12, le module d’obtention 14, le module de résolution 16, le premier module de détermination 18, le deuxième module de détermination 19, et le module de déplacement 20 sont réalisés chacun sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglaisField Programmable Gate Array), ou un processeur graphique GPU (de l'anglaisGraphics Processing Unit), ou encore sous forme d’un circuit intégré, tel qu’un ASIC (de l’anglaisApplication Specific Integrated Circuit).In a variant not shown, the initialization module 12, the obtaining module 14, the resolution module 16, the first determination module 18, the second determination module 19, and the movement module 20 are each produced in the form of a programmable logic component, such as an FPGA ( Field Programmable Gate Array ), or a GPU graphics processor ( Graphics Processing Unit ), or even in the form of an integrated circuit, such as an ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ).
Lorsque le dispositif électronique 10 d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées est réalisé sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme d’ordinateur, également appelé produit programme d’ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple un medium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est un disque optique, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, tout type de mémoire non-volatile (par exemple EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles.When the electronic device 10 for bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography is produced in the form of one or more software programs, it is that is to say in the form of a computer program, also called a computer program product, it is also capable of being recorded on a medium, not shown, readable by computer. The computer-readable medium is, for example, a medium capable of storing electronic instructions and of being coupled to a bus of a computer system. For example, the readable medium is an optical disk, a magneto-optical disk, a ROM memory, a RAM memory, any type of non-volatile memory (for example EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), a magnetic card or an optical card. A computer program comprising software instructions is then stored on the readable medium.
Le fonctionnement du dispositif électronique 10 d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées va maintenant être décrit en référence à la
Plus précisément, selon la présente invention, le procédé 28 correspond à une optimisation bi-niveau de la localisation de l’ensemble de capteurs de détection comprenant tout d’abord une étape 30 d’initialisation d’une configuration de détection de référence, et de génération d’une base de donnée comprenant respectivement un nombre prédéterminé N d’images de référence distinctes de cartographies de l’épaisseur de ladite structure présentant respectivement N défauts distincts d’une image à l’autre.More precisely, according to the present invention, the method 28 corresponds to a bi-level optimization of the location of the set of detection sensors comprising first of all a step 30 of initializing a reference detection configuration, and generating a database comprising respectively a predetermined number N of distinct reference images mapping the thickness of said structure respectively presenting N distinct defects from one image to another.
En complément optionnel, ladite initialisation 30 de la configuration de détection de référence comprend la définition des éléments appartenant au groupe comprenant au moins les éléments suivants :As an optional complement, said initialization 30 of the reference detection configuration includes the definition of the elements belonging to the group comprising at least the following elements:
- la taille de zone de la structure à inspecter au moyen de ladite détection ;- the size of the area of the structure to be inspected by means of said detection;
- la longueur d’onde d’intérêt ;- the wavelength of interest;
- le nombre de capteurs théoriquement nécessaires à ladite détection ;- the number of sensors theoretically necessary for said detection;
- le nombre de capteurs utilisés en pratique ;- the number of sensors used in practice;
- le positionnement initial desdits capteurs.- the initial positioning of said sensors.
Pour ce faire, selon l’exemple de la figure 2, la phase d’initialisation 30 comprend une première sous-étape 31 de choix C_C de la configuration de référence en tant que telle dans laquelle la taille de zone à inspecter, la longueur d’onde d’intérêt
Selon ce complément optionnel, la phase d’initialisation 30 comprend en outre une sous-étape 32 de définition et génération de la base de données, dite d’entrainement, B_E. Lors de la génération de la base de données B_E, la cartographie de l’épaisseur de la structure à inspecter est rigoureusement obtenue pour chacun des N défauts, par simulation précise de chaque défaut. Selon un exemple, N est notamment sensiblement égal à cinquante défauts distincts (en taille, forme, etc.) simulés précisément pour obtenir pour chacun des N défauts, la cartographie de l’épaisseur de la structure à inspecter avec le défaut considéré.According to this optional complement, the initialization phase 30 further comprises a sub-step 32 for defining and generating the database, called the training database, B_E. When generating the B_E database, the mapping of the thickness of the structure to be inspected is rigorously obtained for each of the N defects, by precise simulation of each defect. According to one example, N is notably equal to fifty distinct defects (in size, shape, etc.) simulated precisely to obtain for each of the N defects, the mapping of the thickness of the structure to be inspected with the defect considered.
Selon ce complément optionnel, la phase d’initialisation 30 comprend en outre une sous-étape 33 de positionnement initial desdits capteurs, ledit positionnement initial Piétant le point de départ pour la mise en œuvre itérative de l’optimisation bi-niveau itérative en tant que telle et tel que décrit par la suite.According to this optional complement, the initialization phase 30 further comprises a sub-step 33 of initial positioning of said sensors, said initial positioning P i being the starting point for the iterative implementation of the iterative bi-level optimization in as such and as described below.
En complément optionnel, ledit positionnement initial Pidesdits capteurs correspond à une disposition circulaire régulière desdits capteurs.As an optional complement, said initial positioning P i of said sensors corresponds to a regular circular arrangement of said sensors.
En complément optionnel, ladite sous-étape 33 de la phase d’initialisation 30 comprend en outre l’obtention d’une asymétrie dudit positionnement initial par application d’un déplacement de valeur prédéterminée selon une direction aléatoire de chacun desdits capteurs.As an optional complement, said sub-step 33 of the initialization phase 30 further comprises obtaining an asymmetry of said initial positioning by applying a displacement of predetermined value in a random direction of each of said sensors.
En complément optionnel, ladite sous-étape 32 de définition et génération de la base de données, dite d’entrainement, B_E est répétable de sorte à rendre ladite base de donnée B_E reconfigurable en fonction d’une information sur un type de défaut a priori à détecter.As an optional complement, said sub-step 32 of defining and generating the so-called training database, B_E, is repeatable so as to make said database B_E reconfigurable according to information on an a priori type of fault. to detect.
Puis, le procédé 28 d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées comprend une boucle itérative réitérée jusqu’à convergence selon un critère d’arrêt prédéterminé CA(i.e. critère de convergence) testé lors de l’étape 34.Then, the method 28 for bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography comprises an iterative loop repeated until convergence according to a criterion of predetermined stop C A (ie convergence criterion) tested during step 34.
Tant que le critère d’arrêt (i.e. critère de convergence) prédéterminé CAn’est pas atteint tel qu’illustré par la flèche 36, la boucle itérative 38 et mise en œuvre.As long as the predetermined stopping criterion (ie convergence criterion) C A is not reached as illustrated by arrow 36, the iterative loop 38 is implemented.
La boucle itérative 38 comprend les cinq étapes successives décrites ci-après, à savoir tout d’abord une étape 40 d’obtention G de données propres à être mesurées par ledit ensemble de capteurs positionnés selon une localisation courante dudit ensemble de capteurs associée à ladite itération courante, et pour chacun desdits N défauts distincts utilisés au préalable lors de la phase d’initialisation 30 pour générer la base d’entrainement B_E.The iterative loop 38 comprises the five successive steps described below, namely first of all a step 40 of obtaining data suitable for being measured by said set of sensors positioned according to a current location of said set of sensors associated with said current iteration, and for each of said N distinct faults used beforehand during the initialization phase 30 to generate the training base B_E.
Ensuite, la boucle itérative 38 comprend, à partir desdites données, et pour chacun desdits N défauts distincts, une étape 42 de résolution R_P1et d’obtention d’une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction par tomographie dudit défaut considéré, ladite solution correspondant à l’image reconstruite de la cartographie de l’épaisseur de ladite structure présentant ledit défaut considéré.Then, the iterative loop 38 comprises, from said data, and for each of said N distinct defects, a step 42 of resolving R_P 1 and obtaining a solution of a first low-level optimization problem of reconstruction by tomography of said defect considered, said solution corresponding to the reconstructed image of the thickness mapping of said structure presenting said defect considered.
Puis, la boucle itérative 38 comprend, à partir desdites N images reconstruites associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts et à partir des N images de référence de la base de donnée associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts, une étape 44 de détermination d’un critère C_HN prédéterminé associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits N défauts distincts.Then, the iterative loop 38 comprises, from said N reconstructed images associated respectively with each of said N distinct defects and from the N reference images from the database associated respectively with each of said N distinct defects, a step 44 of determining a predetermined C_HN criterion associated with a second high-level optimization problem of the quality of reconstruction of said N distinct defects.
Ensuite, la boucle itérative 38 comprend une étape 46 de détermination du gradient G_C_HN dudit critère C_HN prédéterminé associé au deuxième problème d’optimisation.Then, the iterative loop 38 comprises a step 46 of determining the gradient G_C_HN of said predetermined criterion C_HN associated with the second optimization problem.
Plus précisément, en complément optionnel tel qu’illustré par la
pour chacun desdits N défauts distincts :for each of said N distinct defects:
- une sous-étape 47 de détermination, d’un double gradient DG dudit premier problème d’optimisation bas-niveau, par différenciation du gradient dudit premier problème d’optimisation bas-niveau en fonction de ses paramètres ;- a substep 47 for determining a double gradient DG of said first low-level optimization problem, by differentiating the gradient of said first low-level optimization problem as a function of its parameters;
- une sous-étape 48 de détermination d’une matrice hessienne H associée en fonction des données respectivement issues de ladite base de donnée, ladite matrice hessienne H étant inversible,- a substep 48 for determining an associated Hessian matrix H as a function of the data respectively from said database, said Hessian matrix H being invertible,
- à partir de ladite matrice hessienne, une sous étape 49 de détermination d’une matrice jacobienne J selon une relation d’obtention prédéterminée ; et- from said Hessian matrix, a sub-step 49 of determining a Jacobian matrix J according to a predetermined obtaining relation; And
- à partir de l’ensemble des matrices jacobiennes respectivement associées à chacun desdits N défauts distincts, une sous-étape 50 de détermination CG_C_HN du gradient dudit critère.- from the set of Jacobian matrices respectively associated with each of said N distinct defects, a substep 50 for determining CG_C_HN of the gradient of said criterion.
Enfin, la boucle itérative 38 comprend une étape 52 de déplacement de chaque capteur de la valeur dudit gradient dudit critère associée à chaque capteur et d’obtention de la localisation de chaque capteur à utiliser lors de l’itération suivante illustrée par la flèche 54.Finally, the iterative loop 38 includes a step 52 of moving each sensor by the value of said gradient of said criterion associated with each sensor and of obtaining the location of each sensor to be used during the following iteration illustrated by arrow 54.
Comme représenté par la flèche 54, il s’agit donc d’une méthode itérative où l’on vient répéter (i.e. réitérer) successivement les étapes 40, 42, 44, 46, 52 jusqu’à convergence afin d’optimiser le placement des capteurs. Une fois le critère de convergence atteint tel que testé à l’étape 34, on obtient, selon la flèche 56, en résultat 58 un positionnement Poptjugé « optimal » des capteurs correspondant au minimum local du critère de niveau haut correspondant à l’initialisation 30 précitée de la position des capteurs notamment, (deux configurations d’initialisation distinctes étant propres à mener respectivement à deux minimum locaux distincts (i.e. le procédé selon la présente invention n’est pas déterministe car en fonction de l’initialisation le minimum local trouvé par le procédé peut être différent).As represented by the arrow 54, it is therefore an iterative method where we repeat (ie reiterate) successively the steps 40, 42, 44, 46, 52 until convergence in order to optimize the placement of the sensors. Once the convergence criterion has been reached as tested in step 34, we obtain, according to arrow 56, as a result 58 a positioning P opt deemed "optimal" of the sensors corresponding to the local minimum of the high level criterion corresponding to the aforementioned initialization 30 of the position of the sensors in particular, (two distinct initialization configurations being able to lead respectively to two distinct local minimums (ie the method according to the present invention is not deterministic because depending on the initialization the local minimum found by the process may be different).
Par la suite, on décrit plus en détail les étapes du procédé 28 en relation avec les figures 3 à 5.Subsequently, the steps of the method 28 are described in more detail in relation to Figures 3 to 5.
En particulier, la
Plus précisément, sur la vue schématique 60 « réelle » de la
Sur la
A partir de ces champs
Une telle reconstruction est par exemple réalisée en utilisant un solveur, par exemple non-linéaire (ou à titre d’alternative utilisant une succession d’itérations linéaires), permettant la résolution d’un problème de minimisation sous la forme :Such a reconstruction is for example carried out using a solver, for example non-linear (or as an alternative using a succession of linear iterations), allowing the resolution of a minimization problem in the form:
où
Or
Notons que si la régularisationRest proportionnelle à la norme L1, une telle reconstruction est dans une configuration type « Lasso » tel que décrit par Q. Bertrand et al. dans l’article intitulé« Implicit differentiation of Lasso-type models for hyperparameter optimization »de 2020.Note that if the regularization R is proportional to the L1 norm, such a reconstruction is in a “Lasso” type configuration as described by Q. Bertrand et al. in the article entitled “Implicit differentiation of Lasso-type models for hyperparameter optimization” from 2020.
Une telle reconstruction par tomographie est propre à être couplée à une acquisition comprimée (CS de l’anglaisCompressed Sensing), permettant de reconstruire des signaux échantillonnés sous la fréquence de Nyquist.Such a reconstruction by tomography is suitable for being coupled with a compressed acquisition (CS for Compressed Sensing ), making it possible to reconstruct signals sampled under the Nyquist frequency.
Selon l’application de la présente invention, le sous échantillonnage est spatial (i.e. échantillonné dans l’espace, et non temporel), et pour fonctionner, l’acquisition comprimée CS requiert la conformité à deux principes clés, à savoir d’une part la parcimonie des données (i.e. l’inconnu présente un nombre faible de coefficients non nuls) ou la compressibilité des données (c’est-à-dire que l’inconnu peut être décrit avec peu de coefficients dans une base mathématique bien choisie), et d’autre part l’incohérence du procédé de mesure, par exemple obtenue au travers d’un échantillonnage aléatoire, la présente invention cherchant à maximiser l’incohérence (i.e. minimiser la cohérence) du procédé de mesure en plaçant les capteurs de manière astucieuse, par optimisation bi-niveau tel que décrit en détail ci-après, le problème de reconstruction devenant le premier problème de bas niveau.According to the application of the present invention, the subsampling is spatial (i.e. sampled in space, and not temporal), and to function, the compressed acquisition CS requires compliance with two key principles, namely on the one hand the parsimony of the data (i.e. the unknown has a small number of non-zero coefficients) or the compressibility of the data (i.e. the unknown can be described with few coefficients in a well-chosen mathematical basis), and on the other hand the inconsistency of the measurement process, for example obtained through random sampling, the present invention seeking to maximize the inconsistency (i.e. minimize the coherence) of the measurement process by placing the sensors in a clever manner , by bi-level optimization as described in detail below, the reconstruction problem becoming the first low-level problem.
Une fois la reconstruction de la cartographie de vitesse effectuée, cette cartographie de vitesse est convertie en cartographie d’épaisseur, tel qu’illustrée par la vue 70 grâce aux propriétés dispersives des ondes guidées. En particulier, sur la vue 70, l’espace des nombre d’onde (i.e. le cercle d’Ewald) de placement des capteurs 72 est représenté, de même que la zone 74 de la cartographie d’épaisseur correspondant au défaut 62 de la vue réelle 60.Once the reconstruction of the speed map has been carried out, this speed map is converted into a thickness map, as illustrated by view 70 thanks to the dispersive properties of the guided waves. In particular, on view 70, the wave number space (i.e. the Ewald circle) of placement of the sensors 72 is represented, as is the zone 74 of the thickness map corresponding to the defect 62 of the real view 60.
Il est à noter que la présente invention vise avant tout à optimiser le placement des capteurs 64, et s’applique à différentes variantes de reconstruction par tomographie à onde guidées, notamment au moyens de différentes fonctions de régularisationR(.), préférentiellement d’un algorithme de reconstruction par tomographie par diffraction itérative tel que décrit par F. Simonetti et al. dans l’article intitulé« From beamforming to diffraction tomography» de 2008, ou par tomographie en temps de vol tel que précédemment cité.It should be noted that the present invention aims above all to optimize the placement of the sensors 64, and applies to different variants of reconstruction by guided wave tomography, in particular by means of different regularization functions.R(.), preferably an iterative diffraction tomography reconstruction algorithm as described by F. Simonetti et al. in the article entitled« From beamforming to diffraction tomography» of 2008, or by time-of-flight tomography as previously cited.
La vue 70 correspond notamment à la reconstruction par tomographie classique utilisant un réseau régulier circulaire de trente capteurs pour notamment respecter le critère de Shannon Nyquist ce qui permet théoriquement d’obtenir une reconstruction tomographique classique parfaite mais au prix de nécessiter en général un grand nombre de capteurs. En effet, en tomographie par onde guidées classique, pour atteindre une qualité de reconstruction des défauts maximale, il faut placer un capteur toutes les demies longueurs d’ondes.View 70 corresponds in particular to the reconstruction by classic tomography using a regular circular network of thirty sensors to notably respect the criterion of Shannon Nyquist which theoretically makes it possible to obtain a perfect classic tomographic reconstruction but at the cost of generally requiring a large number of sensors. Indeed, in classic guided wave tomography, to achieve maximum defect reconstruction quality, it is necessary to place a sensor every half wavelength.
Ci-après l’optimisation bi-niveau selon la présente invention est décrite plus en détail.Below, the bi-level optimization according to the present invention is described in more detail.
Il est à noter que Q. Bertrand et al. dans l’article intitulé« Implicit differentiation of Lasso-type models for hyperparameter optimization »de 2020 décrit de manière générale une optimisation bi-niveau appliquée au cas général d’estimation mathématique du meilleur paramètre de régularisation associé à un problème de type Lasso, et non appliquée, tel que proposé selon la présente invention et décrit par la suite, à la tomographie par onde guidées dans le domaine de contrôle de santé de structure ou SHM (de l’anglaisStructural Health Monitoring).It should be noted that Q. Bertrand et al. in the article entitled “Implicit differentiation of Lasso-type models for hyperparameter optimization” from 2020 generally describes a bi-level optimization applied to the general case of mathematical estimation of the best regularization parameter associated with a Lasso-type problem, and not applied, as proposed according to the present invention and described subsequently, to guided wave tomography in the field of structural health monitoring or SHM ( Structural Health Monitoring ).
Le contexte général et mathématique de ce document pose un problème de type Lasso dans lequel un vecteurxde norme L1 minimale, relié à un vecteur de mesureypar un modèleAest recherché, et à jeu de paramètres
le vecteurxde norme L1 minimale retenu correspondant alors à l’approximation exprimée au moyen de l’accent ^ :
Toujours selon cet article, le meilleur paramètre de régularisation
oùLdéfinit une distance entre les images connues
La résolution de deux problèmes d’optimisation imbriqués l’un dans l’autre définit ce que l’on appelle une optimisation bi-niveau.Solving two optimization problems nested within each other defines what is called bi-level optimization.
Selon cet article de Q. Bertrand et al., la difficulté technique d’une telle optimisation bi-niveau est associée à la mise en œuvre d’une descente de gradient du problème de niveau haut. En effet, le calcul du gradient deLen fonction deλ:
Autrement dit, l’article de Q. Bertrand et al. propose une méthode générale et mathématique de différentiation applicable pour l’optimisation de paramètres d’un algorithme de reconstruction dans le cadre d’une optimisation bi-niveau.In other words, the article by Q. Bertrand et al. proposes a general and mathematical method of differentiation applicable for the optimization of parameters of a reconstruction algorithm in the context of a bi-level optimization.
La présente invention propose d’adapter, judicieusement et spécifiquement, le principe général décrit dans l’article de Q. Bertrand et al. à la tomographie par ondes guidées dans le domaine de contrôle de santé de structure ou SHM (de l’anglaisStructural Health Monitoring), en considérant astucieusement (et de manière non évidente) la position
L’approche d’optimisation bi-niveau proposée selon la présente invention est donc appliquée spécifiquement à la tomographie par onde guidées, et est également composée de deux problèmes d’optimisation imbriqués l’un dans l’autre, ces deux problèmes étant distincts.The bi-level optimization approach proposed according to the present invention is therefore applied specifically to guided wave tomography, and is also composed of two optimization problems nested one inside the other, these two problems being distinct.
Plus précisément, le premier niveau, dit niveau bas (low), est, spécifiquement selon la présente invention, la reconstruction tomographique telle que décrite dans l’équation suivante, correspondant à une réécriture de l’équation (2) précédemment citée :More precisely, the first level, called low level, is, specifically according to the present invention, the tomographic reconstruction as described in the following equation, corresponding to a rewriting of equation (2) previously cited:
où s est la représentation dite parcimonieuse de la fonction objet
Autrement dit, lors de l’étape 40, à placement
Puis, lors de l’étape 42, chaque problème bas-niveau pour obtenir les solutions
Le problème du second niveau, ou problème haut-niveau (high), est propre à être formulé de la manière suivante :The second level problem, or high -level problem, can be formulated as follows:
et correspond à l’optimisation de la qualité de la reconstruction
Autrement dit, lors de l’étape 44, les performances de reconstruction sont évaluées en évaluant ledit critère de haut niveau
Lors de l’étape 46, la sous-étape 47 correspond à la détermination du double gradient
Lors de la sous-étape 48, et toujours pour chacun des desdits N défauts distincts d’indicei, la matrice hessienne
Lors de la sous-étape 49, et toujours pour chacun des desdits N défauts distincts d’indicei,on détermine par calcul la jacobienne
Lors de la sous-étape 50, le gradient du problème haut-niveau
En d’autres terme, le procédé 38 selon la présente invention propose d’optimiser les paramètres de la reconstruction sur une base de donnée d’entrainement, ce qui revient à un apprentissage dont la qualité finale dépend de la richesse et de la représentativité de la base d’apprentissage.In other words, the method 38 according to the present invention proposes to optimize the parameters of the reconstruction on a training database, which amounts to learning whose final quality depends on the richness and representativeness of the learning basis.
Astucieusement, le procédé 38 selon la présente invention revient à considérer l’ensemble des positions des capteurs du jeu de paramètres
Le déplacement des capteurs est propre à agir à la fois sur l’opérateur
Le déplacement des capteurs issu de l’optimisation du problème de niveau haut permet ainsi de réduire la cohérence pratique du procédé de mesure ce qui bénéficie au solveur pour résoudre le problème de niveau bas.The movement of the sensors resulting from the optimization of the high level problem thus makes it possible to reduce the practical coherence of the measurement process, which benefits the solver to solve the low level problem.
Comme indiqué précédemment en relation avec la
- une norme euclidienne du gradient du problème de haut niveau inférieure à un seuil
- l’atteinte d’un nombre maximal d’itérations prédéterminé.- reaching a predetermined maximum number of iterations.
Selon une variante optionnelle, ledit seuil prédéterminé
L’atteinte d’un nombre maximal d’itérations prédéterminé est un critère d’arrêt notamment mis en œuvre par sécurité pour limiter la durée et les ressources de calcul nécessaire à la descente de gradient selon le procédé 38 de la présente invention.Reaching a predetermined maximum number of iterations is a stopping criterion implemented in particular for safety reasons to limit the duration and computing resources necessary for gradient descent according to method 38 of the present invention.
En pratique, les inventeurs ont observé que le déplacement des capteurs à tendance à les rapprocher des défauts, or dans le cadre de la tomographie par ondes guidées, une zone « large » à inspecter dans laquelle les défauts sont susceptibles d’apparaitre est généralement définie, et la présente invention permet de contraindre le déplacement des capteurs à une couronne, dont le rayon moyen est le rayon de la distribution circulaire de référence associée au positionnement initial Pifixé lors de la phase d’initialisation 30 et son épaisseur est de l’ordre de la longueur d’onde d’intérêt
La
Sur la figure 4, la position initiale 82 des capteurs est représentée de même que la nouvelle position 84 associée, les traits 86 représentant la translation (i.e. le déplacement) de chaque capteur, le positionnement optimal 84 ayant été appris en utilisant base de données comprenant quarante images de défauts simples de type corrosion en forme de cuvette. On remarque sur la figure 4, que les déplacements des capteurs tendent à se rapprocher du centre de la zone à inspecter. De plus, le déplacement des capteurs est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde
La
Sur la vue 90, l’erreur de reconstruction observée en simulation pour les capteurs positionnés régulièrement est représentée au moyen des points 92 pour des configurations à dix et douze capteurs et sert de point de comparaison. L’erreur de reconstruction d’un défaut simple pour cinq configurations à dix capteurs et cinq configurations à douze capteurs observée en simulation pour les capteurs positionnés au moyen de l’optimisation bi-niveau selon la présente invention est représentée au moyen des points 94 de même que leurs performances moyennes au moyen des points 96.On view 90, the reconstruction error observed in simulation for regularly positioned sensors is represented by means of points 92 for configurations with ten and twelve sensors and serves as a point of comparison. The reconstruction error of a simple fault for five configurations with ten sensors and five configurations with twelve sensors observed in simulation for the sensors positioned by means of the bi-level optimization according to the present invention is represented by means of points 94 of same as their average performance by means of 96 points.
Tout d’abord, on remarque que, issues d’une initialisation différente, les 2 X 5 configurations finales en sortie du procédé d’optimisation bi-niveau selon la présente invention sont des minima locaux différents d’un critère évalué sur la même base, le critère observé étant dans le cas général non convexe. De plus, de tels minima sur la base d’entrainement ne garantissent pas forcément des meilleures performances (erreur plus faible) que dans le cas régulier associés au point 92. Cependant, on remarque qu’il est possible d’obtenir des meilleures performances que le réseau régulier et que le comportement moyen semble donner de meilleurs résultats lorsque l’on travaille avec seulement dix capteurs, ce qui est cohérent avec une démarche de minimisation du nombre de capteurs. Ainsi le procédé proposé selon la présente invention est propre à permettre d’apprendre le positionnement idéal des capteurs dans des cas spécifiques du moment que la base d’entrainement est représentative des défauts à reconstruire.First of all, we note that, resulting from a different initialization, the 2 X 5 final configurations at the output of the bi-level optimization method according to the present invention are local minima different from a criterion evaluated on the same basis , the observed criterion being in the general case non-convex. Furthermore, such minimums on the training base do not necessarily guarantee better performance (lower error) than in the regular case associated with point 92. However, we note that it is possible to obtain better performance than the regular network and that the average behavior seems to give better results when working with only ten sensors, which is consistent with an approach to minimizing the number of sensors. Thus the method proposed according to the present invention is capable of making it possible to learn the ideal positioning of the sensors in specific cases as long as the training base is representative of the faults to be reconstructed.
L’homme du métier comprendra que l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, ni aux exemples particuliers de la description, les modes de réalisation et les variantes mentionnées ci-dessus étant propres à être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention.Those skilled in the art will understand that the invention is not limited to the embodiments described, nor to the particular examples of the description, the embodiments and the variants mentioned above being suitable for being combined with each other to generate new embodiments of the invention.
Ainsi, la présente invention propose un procédé et un dispositif d’optimisation bi-niveau de la localisation d’un ensemble de capteurs de détection de défaut(s) dans une structure par tomographie à ondes élastiques guidées qui permet de déterminer astucieusement le placement des capteurs en apprenant au moyen d’une optimisation bi-niveau le placement de l’ensemble de capteurs qui permet de reconstruire au mieux les N défauts correctement caractérisés au préalable au sein de la base de donnéesThus, the present invention proposes a method and a device for bi-level optimization of the location of a set of fault detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography which makes it possible to cleverly determine the placement of the sensors by learning, by means of a bi-level optimization, the placement of the set of sensors which makes it possible to best reconstruct the N faults correctly characterized beforehand within the database
Cette technique d’apprentissage possède un avantage dans le fait qu’elle peut être adaptative aux types de défauts que l’on cherche à reconstruire. Par exemple, le positionnement optimal des capteurs pour analyser des fissures apparaissant horizontalement ne serait pas le même que celui pour analyser des défauts de corrosion à peu près circulaire. Toute information a priori peut donc permettre d’améliorer les performances via la base de données d’apprentissage et de test (i.e. la base de données d’entrainement).This learning technique has an advantage in the fact that it can be adaptive to the types of defects that we seek to reconstruct. For example, the optimal positioning of sensors to analyze cracks appearing horizontally would not be the same as that for analyzing approximately circular corrosion defects. Any a priori information can therefore make it possible to improve performance via the learning and testing database (i.e. the training database).
L’invention permet de choisir astucieusement le placement des capteurs pour maximiser l’information issue de chacun tout en limitant leur nombre. En effet, en tomographie par onde guidée classique, pour atteindre une qualité de reconstruction des défauts maximale, il faut placer un capteur toutes les demies longueurs d’ondes. En faisant cela, la solution proposée permet à nombre de capteurs donné de placer les capteurs pour optimiser les performances de reconstruction de défauts sur une base de défauts. Toute information à priori transmise par l’utilisateur pour la création de la base d’entrainement (par exemple : taille, forme, positionnement des défauts …) permet d’augmenter les performances de la présente invention, ce qui est avantageux pour des applications dans le domaine du contrôle de santé de structure ou SHM (de l’anglaisStructural Health Monitoring) visant à détecter et à caractériser des dommages (i.e. anomalies) de structures/infrastructures telles que des tuyauteries métalliques ou composite pour le nucléaire, du secteur « Oil & Gas », l’aéronautique, l’éolien, etc. .The invention makes it possible to cleverly choose the placement of sensors to maximize the information from each one while limiting their number. Indeed, in conventional guided wave tomography, to achieve maximum defect reconstruction quality, it is necessary to place a sensor every half wavelength. By doing this, the proposed solution allows a given number of sensors to be placed to optimize fault reconstruction performance on a fault basis. Any a priori information transmitted by the user for the creation of the training base (for example: size, shape, positioning of defects, etc.) makes it possible to increase the performance of the present invention, which is advantageous for applications in the field of structural health control or SHM (from the EnglishStructural Health Monitoring) aimed at detecting and characterizing damage (i.e. anomalies) of structures/infrastructure such as metal or composite pipes for nuclear power, the “Oil & Gas” sector, aeronautics, wind power, etc. .
Claims (14)
ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend une optimisation bi-niveau, ladite optimisation bi-niveau comprenant :
- une phase d’initialisation (30) d’une configuration de détection de référence, et de génération d’une base de donnée comprenant respectivement un nombre prédéterminé N d’images de référence distinctes de cartographies de l’épaisseur de ladite structure présentant respectivement N défauts distincts d’une image à l’autre, et
jusqu’à convergence selon un critère d’arrêt prédéterminé, au moins une itération (38) des étapes successives suivantes :
- pour une localisation courante dudit ensemble de capteurs associée à ladite itération, et pour chacun desdits N défauts distincts, obtention (40) de données propres à être mesurées par ledit ensemble de capteurs positionnés selon ladite localisation,
- à partir desdites données, et pour chacun desdits N défauts distincts, résolution (42) et obtention d’une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction par tomographie dudit défaut considéré, ladite solution correspondant à l’image reconstruite de la cartographie de l’épaisseur de ladite structure présentant ledit défaut considéré;
- à partir desdites N images reconstruites associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts et à partir des N images de référence de la base de donnée associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts, détermination (44) d’un critère prédéterminé associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits N défauts distincts,
- détermination (46) du gradient dudit critère prédéterminé associé au deuxième problème d’optimisation,
- déplacement (52) de chaque capteur de la valeur dudit gradient dudit critère associée à chaque capteur et obtention de la localisation de chaque capteur à utiliser lors de l’itération suivante.Method (28) for bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography, the sensors of said set being arranged on said structure,
said method being characterized in that it comprises a bi-level optimization, said bi-level optimization comprising:
- a phase of initialization (30) of a reference detection configuration, and generation of a database respectively comprising a predetermined number N of distinct reference images of maps of the thickness of said structure respectively presenting N distinct defects from one image to another, and
until convergence according to a predetermined stopping criterion, at least one iteration (38) of the following successive steps:
- for a current location of said set of sensors associated with said iteration, and for each of said N distinct faults, obtaining (40) data suitable for being measured by said set of sensors positioned according to said location,
- from said data, and for each of said N distinct defects, resolution (42) and obtaining a solution of a first low-level optimization problem of reconstruction by tomography of said defect considered, said solution corresponding to the image reconstructed map of the thickness of said structure presenting said defect considered;
- from said N reconstructed images associated respectively with each of said N distinct defects and from the N reference images of the database associated respectively with each of said N distinct defects, determination (44) of a predetermined criterion associated with a second high-level optimization problem of the reconstruction quality of said N distinct defects,
- determination (46) of the gradient of said predetermined criterion associated with the second optimization problem,
- displacement (52) of each sensor of the value of said gradient of said criterion associated with each sensor and obtaining the location of each sensor to be used during the following iteration.
- la taille de zone de la structure à inspecter au moyen de ladite détection ;
- la longueur d’onde d’intérêt ;
- le nombre de capteurs théoriquement nécessaires à ladite détection ;
- le nombre de capteurs utilisés en pratique ;
- le positionnement initial desdits capteurs.Method (28) according to claim 1, wherein the initialization (30) of the reference detection configuration comprises the definition of the elements belonging to the group comprising at least the following elements:
- the size of the area of the structure to be inspected by means of said detection;
- the wavelength of interest;
- the number of sensors theoretically necessary for said detection;
- the number of sensors used in practice;
- the initial positioning of said sensors.
pour chacun desdits N défauts distincts :
- la détermination (47), d’un double gradient dudit premier problème d’optimisation bas-niveau, par différenciation du gradient dudit premier problème d’optimisation bas-niveau en fonction de ses paramètres ;
- la détermination (48) d’une matrice hessienne associée en fonction des données respectivement issues de ladite base de donnée, ladite matrice hessienne étant inversible,
- à partir de ladite matrice hessienne, la détermination (49) d’une matrice jacobienne selon une relation d’obtention prédéterminée ; et
- à partir de l’ensemble des matrices jacobiennes respectivement associées à chacun desdits N défauts distincts, détermination (50) du gradient dudit critère.Method (28) according to any one of the preceding claims, in which the determination (46) of the gradient of said criterion comprises:
for each of said N distinct defects:
- determining (47) a double gradient of said first low-level optimization problem, by differentiating the gradient of said first low-level optimization problem as a function of its parameters;
- determining (48) an associated Hessian matrix as a function of the data respectively from said database, said Hessian matrix being invertible,
- from said Hessian matrix, determining (49) a Jacobian matrix according to a predetermined obtaining relation; And
- from the set of Jacobian matrices respectively associated with each of said N distinct defects, determination (50) of the gradient of said criterion.
- une norme euclidienne du gradient du problème de haut niveau inférieure à un seuil prédéterminé ; ou
- l’atteinte d’un nombre maximal d’itérations prédéterminé.Method (28) according to any one of the preceding claims, in which said predetermined stopping criterion corresponds to:
- a Euclidean norm of the gradient of the high-level problem lower than a predetermined threshold; Or
- reaching a predetermined maximum number of iterations.
- un module d’initialisation (12) configuré pour initialiser une configuration de détection de référence, et configuré pour générer une base de donnée comprenant respectivement un nombre prédéterminé N d’images de référence distinctes de cartographies de l’épaisseur de ladite structure présentant respectivement N défauts distincts d’une image à l’autre, et
mis en œuvre itérativement ; jusqu’à convergence selon un critère d’arrêt prédéterminé, les éléments suivants :
- un module d’obtention (14) configuré, pour une localisation courante dudit ensemble de capteurs associée à ladite itération, et pour chacun desdits N défauts distincts, obtenir des données propres à être mesurées par ledit ensemble de capteurs positionnés selon ladite localisation,
- un module de résolution (16) configuré pour résoudre et obtenir, à partir desdites données, et pour chacun desdits N défauts distincts, une solution d’un premier problème d’optimisation bas-niveau de reconstruction par tomographie dudit défaut considéré, ladite solution correspondant à l’image reconstruite de la cartographie de l’épaisseur de ladite structure présentant ledit défaut considéré;
- un premier module de détermination (18) configuré pour déterminer, à partir desdites N images reconstruites associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts et à partir des N images de référence de la base de donnée associées respectivement à chacun desdits N défauts distincts, un critère prédéterminé associé à un deuxième problème d’optimisation haut-niveau de la qualité de reconstruction desdits N défauts distincts,
- un deuxième module de détermination (19) configuré pour déterminer le gradient dudit critère,
- un module de déplacement (20) configuré pour déplacer chaque capteur de la valeur dudit gradient dudit critère associée à chaque capteur et pour obtenir la localisation de chaque capteur à utiliser lors de l’itération suivante.Device (10) for bi-level optimization of the location of a set of defect detection sensors in a structure by guided elastic wave tomography, the sensors of said set being arranged on said structure, said device being characterized in that it comprises a bi-level optimization unit, said bi-level optimization unit comprising:
- an initialization module (12) configured to initialize a reference detection configuration, and configured to generate a database comprising respectively a predetermined number N of distinct reference images of maps of the thickness of said structure respectively presenting N distinct defects from one image to another, and
implemented iteratively; until convergence according to a predetermined stopping criterion, the following elements:
- an obtaining module (14) configured, for a current location of said set of sensors associated with said iteration, and for each of said N distinct defects, to obtain data suitable for being measured by said set of sensors positioned according to said location,
- a resolution module (16) configured to resolve and obtain, from said data, and for each of said N distinct defects, a solution of a first low-level optimization problem of reconstruction by tomography of said defect considered, said solution corresponding to the reconstructed image of the thickness mapping of said structure presenting said defect considered;
- a first determination module (18) configured to determine, from said N reconstructed images associated respectively with each of said N distinct defects and from the N reference images from the database associated respectively with each of said N distinct defects, a predetermined criterion associated with a second high-level optimization problem of the reconstruction quality of said N distinct defects,
- a second determination module (19) configured to determine the gradient of said criterion,
- a movement module (20) configured to move each sensor by the value of said gradient of said criterion associated with each sensor and to obtain the location of each sensor to be used during the following iteration.
- ledit ensemble de capteurs ;
- un dispositif électronique d’optimisation du placement dudit ensemble de capteurs selon la revendication 10 ;
- un module de détection d’anomalies par tomographie à ondes guidées configuré pour utiliser les mesures dudit ensemble de capteurs afin de fournir une tomographie de ladite structure.System for detecting anomaly(s) in a structure by guided wave tomography using a set of sensors, the sensors of said set being arranged on said structure, said system being characterized in that it comprises:
- said set of sensors;
- an electronic device for optimizing the placement of said set of sensors according to claim 10;
- a guided wave tomography anomaly detection module configured to use the measurements of said set of sensors in order to provide a tomography of said structure.
- les capteurs piézoélectriques ;
- les capteurs EMAT ;
- les capteurs FBG ;
- les capteurs PVDF.System according to claim 11, in which the sensors of said assembly are according to one of the types belonging to the group comprising at least:
- piezoelectric sensors;
- EMAT sensors;
- FBG sensors;
- PVDF sensors.
- mode actif selon lequel les capteurs génèrent et mesurent les ondes guidées, ou en
- mode passif selon lequel les capteurs sont configurés pour mesurer les ondes guidées présentes dans la structures naturellement durant son exploitation, les signaux mesurés par lesdits capteurs en mode passif étant propres à être utilisés pour déterminer une fonction représentative de la réponse impulsionnelle de ladite structure.System according to claim 11 or 12, in which the system is capable of operating in:
- active mode in which the sensors generate and measure the guided waves, or in
- passive mode according to which the sensors are configured to measure the guided waves present in the structure naturally during its operation, the signals measured by said sensors in passive mode being suitable for being used to determine a function representative of the impulse response of said structure.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2210141A FR3140438A1 (en) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | Method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors in a structure using guided elastic wave tomography |
PCT/EP2023/076770 WO2024074379A1 (en) | 2022-10-04 | 2023-09-27 | Method for bi-level optimisation of the location of sensors for detecting one or more defects in a structure using elastic guided wave tomography |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2210141A FR3140438A1 (en) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | Method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors in a structure using guided elastic wave tomography |
FR2210141 | 2022-10-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3140438A1 true FR3140438A1 (en) | 2024-04-05 |
Family
ID=84819917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2210141A Pending FR3140438A1 (en) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | Method for bi-level optimization of the location of defect detection sensors in a structure using guided elastic wave tomography |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3140438A1 (en) |
WO (1) | WO2024074379A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118501264B (en) * | 2024-07-17 | 2024-09-24 | 华东交通大学 | Surface acoustic wave-based electric power equipment crack positioning and tracking method and system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130263667A1 (en) * | 2010-10-07 | 2013-10-10 | Nederlandse Organisatie voor toegepastnatuuwetenschappelijk onderzoek TNO | System and method for performing ultrasonic pipeline wall property measurements |
FR3073289A1 (en) | 2017-11-08 | 2019-05-10 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | HEALTH CONTROL OF AN INDUSTRIAL STRUCTURE |
FR3084748A1 (en) | 2018-08-01 | 2020-02-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | RAIL HEALTH CHECK |
FR3105554A1 (en) | 2019-12-20 | 2021-06-25 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | PASSIVE MEASUREMENT OF ACOUSTO-ELASTIC WAVES |
-
2022
- 2022-10-04 FR FR2210141A patent/FR3140438A1/en active Pending
-
2023
- 2023-09-27 WO PCT/EP2023/076770 patent/WO2024074379A1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130263667A1 (en) * | 2010-10-07 | 2013-10-10 | Nederlandse Organisatie voor toegepastnatuuwetenschappelijk onderzoek TNO | System and method for performing ultrasonic pipeline wall property measurements |
FR3073289A1 (en) | 2017-11-08 | 2019-05-10 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | HEALTH CONTROL OF AN INDUSTRIAL STRUCTURE |
FR3084748A1 (en) | 2018-08-01 | 2020-02-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | RAIL HEALTH CHECK |
FR3105554A1 (en) | 2019-12-20 | 2021-06-25 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | PASSIVE MEASUREMENT OF ACOUSTO-ELASTIC WAVES |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CHANG MING ET AL: "Corrosion monitoring using a new compressed sensing-based tomographic method", ULTRASONICS, IPC SCIENCE AND TECHNOLOGY PRESS LTD. GUILDFORD, GB, vol. 101, 28 August 2019 (2019-08-28), pages 1 - 11, XP085942551, ISSN: 0041-624X, [retrieved on 20190828], DOI: 10.1016/J.ULTRAS.2019.105988 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024074379A1 (en) | 2024-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FR3073289A1 (en) | HEALTH CONTROL OF AN INDUSTRIAL STRUCTURE | |
EP3077795B1 (en) | Testing of an industrial structure | |
EP3658881B1 (en) | Method and device for searching for a defect capable of affecting a rotating mechanical power transmission device | |
WO2024074379A1 (en) | Method for bi-level optimisation of the location of sensors for detecting one or more defects in a structure using elastic guided wave tomography | |
FR2980850A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR DIAGNOSING THE INTERNAL CONDITION OF A BATTERY BY ACOUSTIC TRANSMISSION | |
EP3555645B1 (en) | Method for calculating a reflectogram to analyse faults in a transmission line | |
EP3009836B1 (en) | Method and assembly for verifying the calibration of a system for non-destructive testing of workpieces | |
EP4200604A1 (en) | Method for characterizing a part through non-destructive inspection | |
WO2018192939A1 (en) | Method and system for detecting an intermittent defect in a transmission line by means of filtering | |
EP3532832B1 (en) | Method for nondestructive inspection by ultrasound of a bonded assembly | |
FR3080453A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF A MECHANICAL PART | |
WO2023110749A1 (en) | Method for non-destructive testing of a set of substantially identical structures | |
FR3140437A1 (en) | Optimization of the placement of a set of anomaly detection sensors in a structure using guided wave tomography | |
WO2023209111A1 (en) | Method and system for detecting one or more anomalies in a structure | |
FR3045165A1 (en) | METHOD AND SYSTEM ON ULTRASOUND IMAGING CHIP | |
WO2021180726A1 (en) | Method and system for the non-destructive inspection of an aeronautical component | |
WO2019115971A1 (en) | Device, system and process for imaging defects in a structure by transmitting and receiving mechanical waves through the structure | |
EP4200603A1 (en) | Method for characterizing a part through non-destructive inspection | |
FR3137453A1 (en) | METHOD FOR AUTOMATICALLY IDENTIFYING AN ACOUSTIC SOURCE FROM AN ACOUSTIC SIGNAL PRODUCED | |
FR3114396A1 (en) | Calibration method for guided elastic wave tomography adapted to cylinder-like structures | |
FR3060794A1 (en) | METHOD FOR DETERMINING THE STATE OF A SYSTEM, METHOD FOR DETERMINING AN OPTIMUM PROJECTION METHOD AND DEVICE IMPLEMENTING SAID METHODS | |
Fisher et al. | Deep Learning Method Based on Denoising Autoencoders for Temperature Selection of Guided Waves Signals | |
EP4053553A1 (en) | Method for detecting fissures in a part made from an aluminium alloy produced by additive manufacturing | |
KR20230122433A (en) | Method of analyzing multi spectral back focal plane data, apparatus for analyzing multi spectral back focal plane of data, and computer program for the method | |
FR3140442A1 (en) | Method for evaluating a transmission line by automatic analysis of a reflectogram |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240405 |